(57)【要約】【課題】半導体発光素子の光取り出し効率を向上させることを目的とする。【解決手段】ｎ型半導体層と、通電により発光波長λの光を出射する発光層と、ｐ型半導体層１６０と、発光層から出射される光に対する透過性および導電性を備えるとともに第１屈折率ｎ１を有する透明導電層１７０と、発光層から出射される光に対する透過性および絶縁性を備えるとともに第１屈折率ｎ１よりも低い第２屈折率ｎ２を有する透明絶縁層１８０と、発光層から出射される光に対する反射性を備えるｐ金属反射層２０２とが積層された半導体発光素子１において、透明導電層１７０の第１膜厚ｔ１は、（λ／４ｎ１）×（Ａ−０．５）≦ｔ１≦（λ／４ｎ１）×（Ａ＋０．５）の関係を有し、透明絶縁層１８０の第２膜厚ｔ２は、（λ／４ｎ２）×（Ｂ−０．５）≦ｔ２≦（λ／４ｎ２）×（Ｂ＋０．５）の関係を有する。ただし、Ａは正の偶数、Ｂは正の奇数である。【選択図】図３
2013030634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型を有する化合物半導体で構成される第１半導体層と、  
前記第１半導体層に積層され、通電により発光する発光層と、
前記第１導電型とは異なる第２導電型を有する化合物半導体で構成され、前記発光層に積層される第２半導体層と、
前記発光層から出射される光に対する透過性および導電性を備えるとともに第１屈折率を有する材料で構成され、前記第２半導体層に積層される透明導電層と、
前記発光層から出射される光に対する透過性および絶縁性を備えるとともに前記第１屈折率よりも低い第２屈折率を有する材料で構成され、厚さ方向に貫通する貫通孔を有するとともに前記透明導電層に積層される透明絶縁層と、
前記第１半導体層と電気的に接続される第１電極と、
前記発光層から出射される光に対する反射性および導電性を有する金属材料で構成され、前記貫通孔を介して露出する前記透明導電層および前記透明絶縁層を覆うように積層される金属反射層を有する第２電極と
を備え、
前記透明導電層の膜厚を第１膜厚ｔ１、前記透明絶縁層の膜厚を第２膜厚ｔ２、前記第１屈折率をｎ１、前記第２屈折率をｎ２、前記発光層から出射される光の波長をλとし、Ａを正の偶数、Ｂを正の奇数とした場合に、
前記第１膜厚ｔ１は、
（λ／４ｎ１）×（Ａ−０．５）≦  ｔ１  ≦（λ／４ｎ１）×（Ａ＋０．５）
の関係を有し、
前記第２膜厚ｔ２は、
（λ／４ｎ２）×（Ｂ−０．５）≦  ｔ２  ≦（λ／４ｎ２）×（Ｂ＋０．５）
の関係を有していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記透明導電層と同一の材料から構成され、前記透明絶縁層および当該透明絶縁層に形成された前記貫通孔を介して露出する当該透明導電層の上に積層される密着層をさらに備え、
前記密着層の膜厚を第３膜厚ｔ３としたとき、前記第１膜厚ｔ１および当該第３膜厚ｔ３の総和は、
（λ／４ｎ１）×（Ａ−０．５）≦（ｔ１＋ｔ３）≦（λ／４ｎ１）×（Ａ＋０．５）
の関係を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１半導体層は、電子をキャリアとするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成され、
前記第２半導体層は、正孔をキャリアとするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成されることを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１半導体層および前記第２半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成されることを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記透明導電層は、ＩＺＯ(Indium Zinc Oxide) またはＩＴＯ（Indium tin Oxide）から構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記透明絶縁層は、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム及び酸化アルミニウムからなる群から選ばれた一種の材料から構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記金属反射層は、銀または銀を含む合金から構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の半導体発光素子。
【請求項８】
第１導電型を有する化合物半導体で構成され、外部からの給電に用いられる第１半導体層と、
前記第１半導体層に積層され、通電により発光する発光層と、
前記第１導電型とは異なる第２導電型を有する化合物半導体で構成され、前記発光層に積層される第２半導体層と、
前記第２半導体層に積層され、前記発光層から出射される光に対する透過性および導電性を備えるとともに第１屈折率を有する材料で構成され、前記第１半導体層とともに外部からの給電に用いられる透明導電層と、
前記発光層から出射される光に対する透過性および絶縁性を備えるとともに前記第１屈折率よりも低い第２屈折率を有する材料で構成され、前記透明導電層に積層される透明絶縁層と、
前記発光層から出射される光に対する反射性を有する材料で構成され、前記透明絶縁層に積層される反射層とを備え、
前記透明導電層の膜厚を第１膜厚ｔ１、前記透明絶縁層の膜厚を第２膜厚ｔ２、前記第１屈折率をｎ１、前記第２屈折率をｎ２、前記発光層から出射される光の波長をλとし、Ａを正の偶数、Ｂを正の奇数とした場合に、
前記第１膜厚ｔ１は、
（λ／４ｎ１）×（Ａ−０．５）≦  ｔ１  ≦（λ／４ｎ１）×（Ａ＋０．５）
の関係を有し、
前記第２膜厚ｔ２は、
（λ／４ｎ２）×（Ｂ−０．５）≦  ｔ２  ≦（λ／４ｎ２）×（Ｂ＋０．５）
の関係を有していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
前記反射層は、導電性を備える材料で構成され、前記透明導電層と電気的に接続されることを特徴とする請求項８記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記透明絶縁層は、厚さ方向に貫通する貫通孔を複数有し、
前記反射層は、複数の前記貫通孔を介して前記透明導電層と電気的に接続されることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体やＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等の化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層が順に積層された積層半導体層を有する半導体発光素子が広く用いられている。そして、このような半導体発光素子では、発光層からの光を取り出す光取出し面とは反対側の面に、発光層からの光を反射させるための反射膜を形成したものが存在する。
【０００３】
特許文献１には、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層が積層され、さらにｐ型半導体層上に透明導電層および反射膜が積層されてなる半導体発光素子において、反射膜が、発光層の発光波長において透光性を有し且つ透明導電層に積層される透明層と、高反射率を有し且つ透明層に積層される金属層とを備えることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６０３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体発光素子が透明導電層、透明層および金属層の積層構造を有していても、反射光量が増加しにくくなる場合があった。
本発明は、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、下記［１］〜［１０］に係る発明が提供される。
［１］第１導電型を有する化合物半導体で構成される第１半導体層と、  
第１半導体層に積層され、通電により発光する発光層と、
第１導電型とは異なる第２導電型を有する化合物半導体で構成され、発光層に積層される第２半導体層と、
発光層から出射される光に対する透過性および導電性を備えるとともに第１屈折率を有する材料で構成され、第２半導体層に積層される透明導電層と、
発光層から出射される光に対する透過性および絶縁性を備えるとともに第１屈折率よりも低い第２屈折率を有する材料で構成され、厚さ方向に貫通する貫通孔を有するとともに透明導電層に積層される透明絶縁層と、
第１半導体層と電気的に接続される第１電極と、
発光層から出射される光に対する反射性および導電性を有する金属材料で構成され、貫通孔を介して露出する透明導電層および透明絶縁層を覆うように積層される金属反射層を有する第２電極と
を備え、
透明導電層の膜厚を第１膜厚ｔ１、透明絶縁層の膜厚を第２膜厚ｔ２、第１屈折率をｎ１、第２屈折率をｎ２、発光層から出射される光の波長をλとし、Ａを正の偶数、Ｂを正の奇数とした場合に、
第１膜厚ｔ１は、
（λ／４ｎ１）×（Ａ−０．５）≦  ｔ１  ≦（λ／４ｎ１）×（Ａ＋０．５）
の関係を有し、
第２膜厚ｔ２は、
（λ／４ｎ２）×（Ｂ−０．５）≦  ｔ２  ≦（λ／４ｎ２）×（Ｂ＋０．５）
の関係を有していることを特徴とする半導体発光素子。
［２］透明導電層と同一の材料から構成され、透明絶縁層および透明絶縁層に形成された貫通孔を介して露出する透明導電層の上に積層される密着層をさらに備え、
密着層の膜厚を第３膜厚ｔ３としたとき、第１膜厚ｔ１および第３膜厚ｔ３の総和は、
（λ／４ｎ１）×（Ａ−０．５）≦（ｔ１＋ｔ３）≦（λ／４ｎ１）×（Ａ＋０．５）
の関係を有していることを特徴とする［１］記載の半導体発光素子。
［３］第１半導体層は、電子をキャリアとするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成され、
第２半導体層は、正孔をキャリアとするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成されることを特徴とする［１］または［２］記載の半導体発光素子。
［４］第１半導体層および第２半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成されることを特徴とする［３］記載の半導体発光素子。
［５］透明導電層は、ＩＺＯ(Indium Zinc Oxide) またはＩＴＯ（Indium tin Oxide）から構成されることを特徴とする［１］乃至［４］のいずれかに記載の半導体発光素子。
［６］透明絶縁層は、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム及び酸化アルミニウムからなる群から選ばれた一種の材料から構成されることを特徴とする［１］乃至［５］のいずれかに記載の半導体発光素子。
［７］金属反射層は、銀または銀を含む合金から構成されることを特徴とする［１］乃至［６］のいずれかに記載の半導体発光素子。
【０００７】
［８］第１導電型を有する化合物半導体で構成され、外部からの給電に用いられる第１半導体層と、
第１半導体層に積層され、通電により発光する発光層と、
第１導電型とは異なる第２導電型を有する化合物半導体で構成され、発光層に積層される第２半導体層と、
第２半導体層に積層され、発光層から出射される光に対する透過性および導電性を備えるとともに第１屈折率を有する材料で構成され、第１半導体層とともに外部からの給電に用いられる透明導電層と、
発光層から出射される光に対する透過性および絶縁性を備えるとともに第１屈折率よりも低い第２屈折率を有する材料で構成され、透明導電層に積層される透明絶縁層と、
発光層から出射される光に対する反射性を有する材料で構成され、透明絶縁層に積層される反射層とを備え、
透明導電層の膜厚を第１膜厚ｔ１、透明絶縁層の膜厚を第２膜厚ｔ２、第１屈折率をｎ１、第２屈折率をｎ２、発光層から出射される光の波長をλとし、Ａを正の偶数、Ｂを正の奇数とした場合に、
第１膜厚ｔ１は、
（λ／４ｎ１）×（Ａ−０．５）≦  ｔ１  ≦（λ／４ｎ１）×（Ａ＋０．５）
の関係を有し、
第２膜厚ｔ２は、
（λ／４ｎ２）×（Ｂ−０．５）≦  ｔ２  ≦（λ／４ｎ２）×（Ｂ＋０．５）
の関係を有していることを特徴とする半導体発光素子。
［９］反射層は、導電性を備える材料で構成され、透明導電層と電気的に接続されることを特徴とする［８］記載の半導体発光素子。
［１０］透明絶縁層は、厚さ方向に貫通する貫通孔を複数有し、
反射層は、複数の貫通孔を介して透明導電層と電気的に接続されることを特徴とする［９］記載の半導体発光素子。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体発光素子からの光取り出し効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態が適用される半導体発光素子の平面模式図の一例である。
【図２】図１に示す半導体発光素子のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】本実施の形態の半導体発光素子におけるｐ電極周辺の断面構成の一例を示す図である。
【図４】本実施の形態の半導体発光素子におけるｎ電極周辺の断面構成の一例を示す図である。
【図５】半導体発光素子を搭載した発光装置の構成の一例を示す図である。
【図６】図５に示す発光装置における半導体発光素子の実装状態の一例を示す図である。
【図７】本実施の形態における半導体発光素子の光の出力を測定した結果を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明における実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において参照する図面における各部の大きさや厚さ等は、実際の半導体発光素子等の寸法とは異なっている場合がある。
【００１１】
図１は、本実施の形態が適用される半導体発光素子（発光ダイオード）１の一例を上方から見た平面模式図を示している。また、図２は、図１に示す半導体発光素子１のＩＩ−ＩＩ断面図を示している。なお、図１においては、後述する保護層４００を取り除いた半導体発光素子１を例示している。
（半導体発光素子）
本実施の形態の半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０とを備える。また、半導体発光素子１は、下地層１３０上に積層される第１半導体層の一例としてのｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層される第２半導体層の一例としてのｐ型半導体層１６０とをさらに備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これらｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と呼ぶ。
また、この半導体発光素子１においては、上方に向けてｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃが露出するように、積層されたｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０が、一部の領域において厚さ方向に切り欠かれている。
【００１２】
さらに、この半導体発光素子１は、発光層１５０から出力される光に対する透過性および導電性を有し、ｐ型半導体層１６０の上に積層される透明導電層１７０を備えている。
さらにまた、この半導体発光素子１は、発光層１５０から出力される光に対する透過性および絶縁性を有し、透明導電層１７０の上面から、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の側面を介して、ｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃに至るように、一体的に積層される透明絶縁層１８０を備えている。
ここで、発光層１５０の発光波長λ（ｎｍ）における、透明導電層１７０の屈折率を第１屈折率ｎ１とし、透明絶縁層１８０の屈折率を第２屈折率ｎ２としたとき、両者はｎ１＞ｎ２の関係を有している。
【００１３】
また、透明絶縁層１８０には、透明絶縁層１８０の厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が設けられている。本実施の形態において、複数の貫通孔は、例えば透明導電層１７０の上方に複数個（図１に示す例では２８個）配置されるとともに、例えばｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃの上方にも複数個（図１に示す例では４個）配置されている。これにより、例えば透明導電層１７０の上に透明絶縁層１８０を積層した状態では、複数の貫通孔を介して透明導電層１７０の一部が露出することになり、また、例えばｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃの上に透明絶縁層１８０を積層した状態では、複数の貫通孔を介してｎ型半導体層１４０の一部が露出することになる。ここで、本実施の形態では、透明絶縁層１８０に設けられている複数の貫通孔は、上方から見たときにそれぞれが円形状を有している（図１参照）。
【００１４】
さらに、この半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０上に積層された透明導電層１７０および透明絶縁層１８０の上にさらに積層され、発光層１５０を発光させる際に一方の電極（正電極）として機能する第２電極の一例としてのｐ電極２００を備える。ここで、ｐ電極２００は、透明絶縁層１８０に設けられた複数の貫通孔をそれぞれ貫通し、その一端が透明導電層１７０と接するように設けられる複数（図１に示す例では２８個）のｐ接続導体２１１（複数の接続導体に対応）からなるｐ導体部２１０（導体部に対応）と、透明絶縁層１８０上に形成され、複数のｐ接続導体２１１のそれぞれの他端が接続されるとともに、外部との電気的な接続に用いられるｐパッド部２２０（電極部に対応）とを有している。
なお、本実施の形態では、ｐ電極２００においてｐ導体部２１０およびｐパッド部２２０が一体化した構造を有しているのであるが、このことについては後述する。
【００１５】
さらにまた、この半導体発光素子１は、ｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃ上に積層された透明絶縁層１８０の上にさらに積層され、発光層１５０を発光させる際に他方の電極（負電極）として機能する第１電極の一例としてのｎ電極３００をさらに備えていても良い。図１では、このような実施の形態の構造を示している。ここで、ｎ電極３００は、透明絶縁層１８０に設けられた複数の貫通孔をそれぞれ貫通し、その一端がｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃと接するように設けられる複数（図１に示す例では４個）のｎ接続導体３１１からなるｎ導体部３１０と、複数のｎ接続導体３１１のそれぞれの他端が接続されるとともに、外部との電気的な接続に用いられるｎパッド部３２０とを有している。なお、本実施の形態では、上述したｐ電極２００と同様に、ｎ電極３００においてｎ導体部３１０およびｎパッド部３２０が一体化した構造を有しているのであるが、このことについては後述する。
【００１６】
そして、この半導体発光素子１は、ｐ電極２００、ｐ電極２００の周縁、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の側面、ｎ電極３００およびｎ電極３００の周縁にわたって一体的に積層されることで、ｐ電極２００およびｎ電極３００を保護する保護層４００を有している。ただし、保護層４００は、ｐ電極２００の上面のうちほぼ中央部となる部位（この例では円形の領域）およびｎ電極３００の上面のうちほぼ中央部となる部位（この例では円形の領域）には設けられていない。これにより、この半導体発光素子１では、ｐ電極２００の上面の一部が外部に露出し、また、ｎ電極３００の上面の一部が外部に露出している。なお、これらの露出部位は、半導体発光素子１の実装において、外部との電気的な接続に用いられる。
【００１７】
このように、本実施の形態の半導体発光素子１は、基板１１０とは反対側となる一方の面側に、ｐ電極２００およびｎ電極３００が形成された構造を有している。そして、この半導体発光素子１においては、ｐ電極２００を正電極、ｎ電極３００を負電極とし、両者を介して積層半導体層１００（より具体的にはｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０）に電流を流すことで、発光層１５０が発光するようになっている。
【００１８】
以下、本実施の形態における半導体発光素子１の各構成を説明する。
＜基板＞
基板１１０としては、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。例えば、サファイア、ＳｉＣ、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化モリブデン等からなる基板を用いることができる。
また、上記基板の中でも、特に、Ｃ面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。サファイア基板を用いる場合は、サファイアのＣ面上に中間層１２０（バッファ層）を形成するとよい。
【００１９】
＜中間層＞
中間層１２０は、基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和し、特にＣ面を主面とするサファイアで基板１１０を構成した場合には、基板１１０の（０００１）面（Ｃ面）上にｃ軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層１２０の上に単結晶の下地層１３０を積層すると、より一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。なお、本発明においては、中間層１２０の形成を行うことが好ましいが、必ずしも行わなくても良い。
【００２０】
中間層１２０は、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。
中間層１２０は、例えば、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１μｍ〜０．５μｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが０．０１μｍ未満であると、中間層１２０により基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層１２０の厚みが０．５μｍを超えると、中間層１２０としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層１２０の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下するおそれがある。
特に、中間層１２０としてＡｌＮを用いる場合には、中間層１２０の厚みを２５ｎｍ〜５０ｎｍとすることが好ましい。中間層１２０の厚みをこの範囲にすることで、中間層１２０上に積層される下地層１３０および積層半導体層１００（ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０）の結晶性が良好になるとともに、中間層１２０において、発光層１５０から出射される光に対する透過率の低下を防止できるからである。
【００２１】
＜下地層＞
下地層１３０としては、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層１３０を形成できるため好ましい。
下地層１３０の厚さは０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上が最も好ましい。この厚さ以上にした方が、結晶性の良好な下地層１３０を得やすい。
下地層１３０の結晶性を良くするためには、下地層１３０には不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、ｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合は、アクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
【００２２】
＜積層半導体層＞
積層半導体層１００は、図２に示すように、基板１１０上に、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の各層が、この順で積層されて構成されている。また、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の各層は、それぞれ、複数の半導体層から構成してもよい。
ここで、ｎ型半導体層１４０は、第１導電型の一例として、電子をキャリアとして電気伝導を行うｎ型の導電型を有するものであり、ｐ型半導体層１６０は、第２導電型の一例として、正孔をキャリアとして電気伝導を行うｐ型の導電型を有するものである。
【００２３】
＜ｎ型半導体層＞
ｎ型半導体層１４０は、ｎコンタクト層（図示せず）とｎクラッド層（図示せず）とから構成されるのが好ましい。なお、ｎコンタクト層はｎクラッド層を兼ねることも可能である。また、前述の下地層１３０をｎ型半導体層１４０に含めてもよい。
【００２４】
ｎコンタクト層は、ｎ電極３００を設けるための層である。
ｎコンタクト層としては、ＡｌxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。
また、ｎコンタクト層にはｎ型不純物がドープされていることが好ましい。ｎ型不純物を１×１０17／ｃｍ3〜１×１０20／ｃｍ3、好ましくは１×１０18／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3の濃度で含有すると、ｎ電極３００との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。ｎ型不純物としては、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
【００２５】
ｎコンタクト層の厚さは、０．５μｍ〜５μｍとされることが好ましく、１μｍ〜３μｍの範囲に設定することがより好ましい。ｎコンタクト層の厚さが上記範囲にあると、発光層１５０等の結晶性が良好に維持される。
【００２６】
ｎコンタクト層と発光層１５０との間には、ｎクラッド層を設けることが好ましい。ｎクラッド層は、発光層１５０へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めとを行なう層である。
ｎクラッド層はＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ｎクラッド層をＧａＩｎＮで形成する場合には、発光層１５０のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。なお、本明細書では、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮについて、各元素の組成比を省略した形で記述する場合がある。
【００２７】
ｎクラッド層のｎ型不純物濃度は１×１０17／ｃｍ3〜１×１０20／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０18／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3である。不純物濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および素子の動作電圧低減の点で好ましい。
ｎクラッド層の厚さは、特に限定されないが、好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００２８】
なお、ｎクラッド層を、超格子構造を含む層とする場合には、１０ｎｍ以下の厚さを有するＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第１層と、ｎ側第１層と組成が異なるとともに１０ｎｍ以下の厚さを有するＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第２層とが積層された構造を含むものであってもよい。
また、ｎクラッド層は、ｎ側第１層とｎ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよく、この場合には、ＧａＩｎＮとＧａＮとの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ同士の交互構造であることが好ましい。
【００２９】
＜発光層＞
ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層１５０としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することができる。
量子井戸構造の井戸層としては、Ｇａ1-yＩｎyＮ（０＜ｙ＜０．４）からなるＩＩＩ族窒化物半導体層が通常用いられる。また、多重量子井戸構造の発光層１５０を用いる場合は、上記Ｇａ1-yＩｎyＮを井戸層とし、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層とする。井戸層および障壁層には、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
【００３０】
＜ｐ型半導体層＞
ｐ型半導体層１６０は、ｐクラッド層（図示せず）とｐコンタクト層（図示せず）とから構成されるのが好ましい。なお、ｐコンタクト層はｐクラッド層を兼ねることも可能である。
ｐクラッド層は、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入とを行なう層である。
ｐクラッド層としては、発光層１５０のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、例えばＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．４）を用いることができる。ｐクラッド層が、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。
【００３１】
ｐクラッド層のｐ型不純物濃度は、１×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０19／ｃｍ3〜１×１０20／ｃｍ3である。ｐ型不純物濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
また、ｐクラッド層は、上述したｎクラッド層と同様に超格子構造としてもよく、この場合には、組成比が異なるＡｌＧａＮと他のＡｌＧａＮとの交互構造または組成が異なるＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造であることが好ましい。
ｐクラッド層の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１ｎｍ〜４００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３２】
ｐコンタクト層は、透明導電層１７０を介してｐ電極２００を設けるための層である。  ｐコンタクト層は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．４）であることが好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持およびｐ電極２００との良好なオーミック接触の維持が可能となる点で好ましい。
ｐコンタクト層のｐ型不純物濃度は、１×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは５×１０19／ｃｍ3〜５×１０20／ｃｍ3である。ｐ型不純物濃度が上記範囲であると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持が可能となる点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｍｇ等が挙げられる。
ｐコンタクト層の厚さは、特に限定されないが、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。ｐコンタクト層の厚さが上記範囲にあると、発光出力の点で好ましい。
なお、ｐコンタクト層の屈折率は、第１屈折率ｎ１よりも大きいことが好ましい。
【００３３】
＜透明導電層＞
透明導電層１７０は、積層半導体層１００の上面のうち、ｐ型半導体層１６０の上面における周縁部、及び、露出するｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃを除いてほぼ全面を覆うように形成されている。
透明導電層１７０は、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトがとれ、しかもｐ型半導体層１６０との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。また、この半導体発光素子１では、発光層１５０からの光を、透明導電層１７０および透明絶縁層１８０等を介して基板１１０側に取り出すことから、透明導電層１７０は光透過性に優れたものを用いることが好ましい。さらにまた、ｐ型半導体層１６０の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、透明導電層１７０は優れた導電性を有し、且つ、抵抗分布が少ないものを用いることが好ましい。
【００３４】
透明導電層１７０としては、例えば導電性を備える酸化物であって、発光層１５０から出射される波長の光に対する光透過性のよいものを用いることができる。特に、Ｉｎを含む酸化物の一部は、他の透明導電膜と比較して光透過性および導電性の両者がともに優れている点で好ましい。Ｉｎを含む導電性の酸化物としては、例えばＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ））、ＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2））、ＩＧＯ（酸化インジウムガリウム（Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3））、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム（Ｉｎ2Ｏ3−ＣｅＯ2））等が挙げられる。なお、これらの中に、例えばフッ素などのドーパントが添加されていてもかまわない。また、例えばＩｎを含まない酸化物、例えばキャリアをドープしたＳｎＯ2、ＺｎＯ2、ＴｉＯ2等の導電性材料を用いてもよい。
これらの材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段によって設けることで、透明導電層１７０を形成することができる。そして、透明導電層１７０を形成した後に、熱処理を施して結晶化を促進させることにより、透明導電層１７０の光透過率が上がるとともに、シート抵抗が下がることでオーミックコンタクトが取りやすくなる。
【００３５】
本実施の形態において、透明導電層１７０は、結晶化された構造のものを使用してよく、特に六方晶構造又はビックスバイト構造を有するＩｎ2Ｏ3結晶を含む透光性材料（例えば、ＩＺＯやＩＴＯ等）を好ましく使用することができる。
透明導電層１７０に用いる膜としては、比抵抗が低くなる組成を使用することが好ましい。例えば、ＩＺＯ中のＺｎＯ濃度は１〜２０質量％であることが好ましく、５〜１５質量％の範囲であることが更に好ましく、１０質量％であると特に好ましい。
【００３６】
ここで、Ｑ１を、発光層１５０の発光波長λおよび透明導電層１７０の第１屈折率ｎ１を用いて、以下の式（１）のように表す。
Ｑ１＝λ／４ｎ１      …(１)
本実施の形態において、透明導電層１７０の膜厚を第１膜厚ｔ１（図３参照）とすると、第１膜厚ｔ１は、以下に示す式（２）の範囲で設定される。ただし、Ａは正の偶数である。
（Ａ−０．５）×Ｑ１  ≦  ｔ１  ≦  （Ａ＋０．５）×Ｑ１      …（２）
この理由については後段で説明する。
なお、透明導電層１７０のシート抵抗が上昇するのを抑制するためには、透明導電層１７０の第１膜厚ｔ１は、３．５Ｑ１以上であることがより好ましい。この例において、透明導電層１７０の第１膜厚ｔ１は、２００ｎｍ（≒４Ｑ１）である。
【００３７】
＜透明絶縁層＞
透明絶縁層１８０は、例えば図２に示すように、透明導電層１７０、透明導電層１７０が積層されていないｐ型半導体層１６０、および発光層１５０が積層されていないｎ型半導体層１４０をそれぞれ覆うように積層されている。また、透明絶縁層１８０は、各層の表面を覆うだけでなく、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の側面、すなわちｐ型半導体層１６０とｎ型半導体層１４０とで形成される段差の壁部にあたる部分を覆い、さらに透明導電層１７０の側面も覆う。
【００３８】
そして、透明絶縁層１８０は、上述のように、発光層１５０から出力される光に対する透過性、透明導電層１７０の屈折率（第１屈折率ｎ１）よりも低い屈折率（第２屈折率ｎ２）、および絶縁性を有する材質から構成される。透明絶縁層１８０を構成する材料としては、例えばＳｉＯ2（酸化珪素）やＭｇＦ2（フッ化マグネシウム）、ＣａＦ2（フッ化カルシウム）、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）を使用することができる。なお、この例では、透明絶縁層１８０としてＳｉＯ2（酸化珪素）を用いた。
【００３９】
ここで、Ｑ２を、発光層１５０の発光波長λおよび透明絶縁層１８０の第２屈折率ｎ２を用いて、以下の式（３）のように表す。
Ｑ２＝λ／４ｎ２      …（３）
本実施の形態において、透明導電層１７０の上に積層される透明絶縁層１８０の膜厚を第２膜厚ｔ２（図３参照）とすると、第２膜厚ｔ２は、以下に示す式（４）の範囲で設定される。ただし、Ｂは正の奇数である。
（Ｂ−０．５）×Ｑ２  ≦  ｔ２  ≦  （Ｂ＋０．５）×Ｑ２      …（４）
この理由については後段で説明する。
なお、この例において、透明絶縁層１８０の第２膜厚ｔ２は、３８０ｎｍ（≒５Ｑ２）である。
【００４０】
＜ｐ電極＞
図３は、本実施の形態の半導体発光素子１におけるｐ電極２００周辺の断面構成の一例を示す図である。ここで、図３は、図２におけるｐ電極２００周辺の断面を拡大したものとなっている。
【００４１】
ｐ電極２００は、最も透明導電層１７０および透明絶縁層１８０に近い側において、これら透明導電層１７０および透明絶縁層１８０と接するように積層される密着層の一例としてのｐ密着層２０１と、ｐ密着層２０１に積層される金属反射層および反射層の一例としてのｐ金属反射層２０２と、ｐ金属反射層２０２に積層されるｐ拡散防止層２０３と、ｐ拡散防止層２０３に積層されるｐボンディング層２０４と、ｐボンディング層２０４に積層され、さらにその上に保護層４００が積層されるｐ保護密着層２０５とを有する。そして、本実施の形態では、ｐ密着層２０１、ｐ金属反射層２０２、ｐ拡散防止層２０３、ｐボンディング層２０４およびｐ保護密着層２０５によって、複数のｐ接続導体２１１を含むｐ導体部２１０とｐパッド部２２０とが一体化した、ｐ電極２００を構成している。
【００４２】
以下、本実施の形態におけるｐ電極２００の各構成を説明する。
［ｐ密着層］
ｐ密着層２０１は、例えば図３に示したように、透明絶縁層１８０の上面、透明絶縁層１８０に設けられた貫通孔の内壁面および各貫通孔を介して露出する透明導電層１７０の上面に沿って積層されている。そして、ｐ密着層２０１の上には、ｐ金属反射層２０２が積層されている。このｐ密着層２０１は、これら透明導電層１７０、透明絶縁層１８０およびｐ金属反射層２０２を構成する材料の物理的な密着性を高めるために設けられている。
したがって、ｐ密着層２０１として、透明導電層１７０、透明絶縁層１８０およびｐ金属反射層２０２との密着性が良い材料を用いることが好ましい。
【００４３】
また、本実施の形態の半導体発光素子１では、発光層１５０から出力される光のうち、ｐ電極２００側に入射してきた光を、透明導電層１７０、透明絶縁層１８０およびｐ金属反射層２０２などを介して基板１１０側に反射させることから、ｐ密着層２０１として光透過性に優れた材料を用いることが好ましい。さらにまた、ｐ電極２００からｐ型半導体層１６０の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、ｐ密着層２０１として、導電性に優れ、面方向における抵抗分布が少なく、しかも透明導電層１７０との接触抵抗が低く抑えられたものを用いることが好ましい。
【００４４】
これらの点から、ｐ密着層２０１として透明導電膜を用いることが好ましい。特に、ｐ密着層２０１として透明導電層１７０と同じ材料からなる透明導電膜を用いることが好ましい。この例では、ｐ密着層２０１として、導電性を有する金属酸化物であって、発光層１５０から出射される波長の光に対する光透過性のよいものが用いられる。特に、Ｉｎを含む金属酸化物は、他の透明導電膜と比較して光透過性および導電性の両者がともに優れている点で好ましい。Ｉｎを含む導電性の金属酸化物としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ））、ＩＧＯ（酸化インジウムガリウム（Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３））、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム（Ｉｎ2Ｏ3−ＣｅＯ2））等が挙げられる。特に好ましくはＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ））が挙げられる。ただし、透明導電層１７０を構成するＩＺＯには熱処理を施して結晶化を促進していたのに対し、ｐ密着層２０１を構成するＩＺＯには熱処理を施さないようにすることで、アモルファス状態のままとしている。
なお、ｐ密着層２０１として、導電性を有し且つ極めて薄く形成された金属からなる透光性金属薄膜を用いても良い。透光性金属薄膜としては、白金やチタン等の薄膜を用いることができる。
【００４５】
このｐ密着層２０１の膜厚は、上述した理由により、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲から選ばれる。ｐ密着層２０１の膜厚が１ｎｍ未満の場合には、透明導電層１７０との密着性が悪くなり、接触抵抗が高くなる恐れがある。一方、ｐ密着層２０１の膜厚が５０ｎｍを越える場合には、光透過性が低下するとともに、厚さ方向の抵抗（直列抵抗）が高くなるため、得られる半導体発光素子１における順方向電圧Ｖｆの増加を招く。この例において、ｐ密着層２０１の膜厚は例えば２ｎｍである。
なお、透明導電層１７０とｐ密着層２０１とを同一の材料で形成する場合、貫通孔を介して露出する透明導電層１７０上に積層されるｐ密着層２０１の膜厚を第３膜厚ｔ３とすると、第１膜厚ｔ１および第３膜厚ｔ３の総和は、以下に示す式（５）の範囲で設定されることが好ましい。
（Ａ−０．５）×Ｑ１  ≦（ｔ１＋ｔ３）≦（Ａ＋０．５）×Ｑ１      …（５）
これにより、半導体発光素子１の光取り出し効率が低下するのを抑制することができる。
【００４６】
［ｐ金属反射層］
ｐ金属反射層２０２は、図３に示したように、ｐ密着層２０１に沿って積層される。したがって、ｐ金属反射層２０２は、透明絶縁層１８０に設けられた貫通孔の形状に従って屈曲した形状を有している。また、ｐ金属反射層２０２の上には、ｐ拡散防止層２０３が積層されている。
ｐ金属反射層２０２は、発光層１５０から出射され、透明導電層１７０および透明絶縁層１８０を通過してきた光を、基板１１０側に向けて反射させるために設けられている。ここで、本実施の形態では、ｐ密着層２０１を介して透明絶縁層１８０とｐ金属反射層２０２とを配置することにより、これら透明絶縁層１８０およびｐ金属反射層２０２が直接には接触しない構造となっている。また、ｐ金属反射層２０２は、ｐ電極２００の構成要素の１つとなっていることから、自身の抵抗が低く且つｐ密着層２０１との接触抵抗が低く抑えられるものを用いることが好ましい。
【００４７】
本実施の形態のｐ金属反射層２０２は、銀、パラジウム、銅、ネオジム、アルミニウム、ニッケル、クロムなどの金属および少なくともこれらのうちの１つを含む合金で構成されている。特に、ｐ金属反射層２０２として銀または銀合金を用いることは、発光層１５０から出力される青色〜緑色の領域の波長の光に対して、高い光反射性を有している点で好ましい。ここで、ｐ金属反射層２０２として銀を用いると、使用環境によっては耐熱性、耐高温高湿性が十分でない場合があることから、銀合金が好ましく使用される。
【００４８】
ｐ金属反射層２０２として銀あるいは銀合金を用いた場合、ｐ密着層２０１の材質としては、ＩＺＯ等の透明導電性材料を用いることが好ましい。ここで、ｐ密着層２０１を設けずに透明絶縁層１８０の上にｐ金属反射層２０２を直接に積層した場合、ｐ密着層２０１を設けた場合と比較して、密着性は著しく低下する。
【００４９】
このｐ金属反射層２０２の膜厚は、好ましくは８０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲から選ばれる。ｐ金属反射層２０２の膜厚が８０ｎｍ未満の場合には、ｐ金属反射層２０２による光反射率が低下する。また、ｐ金属反射層２０２の膜厚が２００ｎｍを越える場合には、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇する。なお、この例において、ｐ金属反射層２０２の膜厚は１００ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲とした。
【００５０】
［ｐ拡散防止層］
ｐ拡散防止層２０３は、図３に示したように、ｐ金属反射層２０２の上に積層され、且つ、その上にはｐボンディング層２０４が積層される。なお、ｐ拡散防止層２０３は、透明絶縁層１８０に形成された貫通孔の形状に倣って、凹凸を有している。
ｐ拡散防止層２０３は、接触状態にあるｐ金属反射層２０２を構成する金属（この例では銀合金）、および、接触状態にあるｐボンディング層２０４を構成する金属（この例では金（詳細は後述））の拡散を、それぞれ抑制するために設けられている。ここで、本実施の形態では、ｐ拡散防止層２０３を介してｐ金属反射層２０２とｐボンディング層２０４とを配置することにより、これらｐ金属反射層２０２およびｐボンディング層２０４が直接には接触しない構造となっている。また、ｐ拡散防止層２０３は、ｐ電極２００の構成要素の１つとなっていることから、自身の抵抗が低く且つｐ金属反射層２０２およびｐボンディング層２０４との接触抵抗がそれぞれ低く抑えられるものを用いることが好ましい。なお、ｐ拡散防止層２０３は、発光層１５０からの光を透過させる機能を基本的に必要としないので、上述したｐ密着層２０１とは異なり、光透過性を有している必要はない。
【００５１】
本実施の形態におけるｐ拡散防止層２０３の具体例としては、ｐ金属反射層２０２に積層されるｐ第１拡散防止層２０３ａと、ｐ第１拡散防止層２０３ａに積層されるｐ第２拡散防止層２０３ｂと、ｐ第２拡散防止層２０３ｂに積層され、さらにその上にｐボンディング層２０４が積層されるｐ第３拡散防止層２０３ｃとを備える。
【００５２】
本実施の形態では、ｐ第１拡散防止層２０３ａとしてタンタルを、ｐ第２拡散防止層２０３ｂとしてチタンを、ｐ第３拡散防止層２０３ｃとして白金を、それぞれ用いている。なお、ｐ第２拡散防止層２０３ｂとして、チタンに代えてニッケルを用いてもよい。
【００５３】
ここで、ｐ第１拡散防止層２０３ａおよびｐ第２拡散防止層２０３ｂは、上述したｐ金属反射層２０２を構成する金属（この例では銀合金）の拡散を抑制するだけでなく、ｐ第３拡散防止層２０３ｃを構成する金属（この例では白金）の拡散を抑制する機能も有している。また、ｐ第３拡散防止層２０３ｃは、上述したｐボンディング層２０４を構成する金属（この例では金）の拡散を抑制するだけでなく、ｐ第２拡散防止層２０３ｂを構成する金属（この例ではチタン）の拡散を抑制する機能も有している。
【００５４】
そして、ｐ第１拡散防止層２０３ａの膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲から選ばれる。ｐ第１拡散防止層２０３ａの膜厚が２０ｎｍ未満の場合には、ｐ金属反射層２０２（この例では銀合金）とｐ第３拡散防止層２０３ｃ（この例では白金）とのバリア性が不十分となり、この例では銀と白金とが反応するおそれがある。また、ｐ第１拡散防止層２０３ａの膜厚が２００ｎｍを越える場合には、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇する。なお、この例において、ｐ第１拡散防止層２０３ａの膜厚は５０ｎｍである。
【００５５】
また、ｐ第２拡散防止層２０３ｂの膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜５００ｎｍから選ばれる。ｐ第２拡散防止層２０３ｂの膜厚が２０ｎｍ未満の場合には、ｐ第２拡散防止層２０３ｂとｐ第３拡散防止層２０３ｃ（この例では白金）との密着性が低下する懸念がある。さらに、ｐ金属反射層２０２（この例では銀合金）とｐ第３拡散防止層２０３ｃ（この例では白金）とのバリア性が不十分となり、この例では銀と白金が反応するおそれがある。また、ｐ第２拡散防止層２０３ｂの膜厚が５００ｎｍを越える場合には、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇する。なお、この例において、ｐ第２拡散防止層２０３ｂの膜厚は３００ｎｍである。
【００５６】
さらに、ｐ第３拡散防止層２０３ｃの膜厚は、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲から選ばれる。ｐ第３拡散防止層２０３ｃの膜厚が５０ｎｍ未満の場合には、ｐ第２拡散防止層２０３ｂ（この例ではチタン）とｐボンディング層２０４（この例では金）とが反応するおそれがある。また、ｐ第３拡散防止層２０３ｃの膜厚が２００ｎｍを越える場合には、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇する。なお、この例において、ｐ第３拡散防止層２０３ｃの膜厚は１００ｎｍである。
【００５７】
［ｐボンディング層］
ｐボンディング層２０４は、図３に示したように、ｐ拡散防止層２０３の上に積層され、且つ、その上には最終的に外部に露出させる一部の領域を除いてｐ保護密着層２０５が積層される。なお、ｐボンディング層２０４は、透明絶縁層１８０に形成された貫通孔に倣って、凹凸を有している。
ｐボンディング層２０４は、外部と電気的に接続されることによりｐ電極２００に給電を行うために設けられている。ここで、本実施の形態では、ｐ拡散防止層２０３を介してｐ金属反射層２０２とｐボンディング層２０４とを配置することにより、これらｐ金属反射層２０２とｐボンディング層２０４が直接には接触しない構造となっている。また、ｐボンディング層２０４は、ｐ電極２００の構成要素の１つとなっていることから、自身の抵抗が低く且つｐ拡散防止層２０３との接触抵抗が低く抑えられるものを用いることが好ましい。なお、ｐボンディング層２０４は、ｐ拡散防止層２０３と同様、発光層１５０からの光を透過させる機能を基本的に必要としないので、光透過性を有している必要はない。
【００５８】
本実施の形態におけるｐボンディング層２０４は、最上位すなわち外部に露出する最表層が金であれば、金属の多層構造を有するものであってもよいし、金の単層構造を有するものであってもよい。なお、本実施の形態では、ｐボンディング層２０４として、金の単層膜を採用している。
【００５９】
このｐボンディング層２０４の膜厚は、好ましくは１００ｎｍ〜２μｍの範囲から選ばれる。ｐボンディング層２０４の膜厚が１００ｎｍ未満の場合には、ボンディング時における衝撃吸収性が低下する。また、ｐボンディング層２０４の膜厚が２μｍを越える場合には、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇する。なお、この例において、ｐボンディング層２０４の膜厚は６００ｎｍである。
【００６０】
［ｐ保護密着層］
ｐ保護密着層２０５は、図３に示したように、ｐボンディング層２０４のうち最終的に外部に露出させる一部の領域を除く部位に積層され、且つ、その上には保護層４００が積層される。このｐ保護密着層２０５は、これら２つの層を構成する材料の物理的な密着性を高めるために設けられている。
【００６１】
本実施の形態のｐ保護密着層２０５は、チタンで構成されている。なお、ｐ保護密着層２０５として、チタンに代えてタンタルを用いてもよい。
【００６２】
そして、ｐ保護密着層２０５の膜厚は、好ましくは５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲から選ばれる。ｐ保護密着層２０５の膜厚が５ｎｍ未満の場合には、ｐボンディング層２０４と保護層４００との密着性が低下する。また、ｐ保護密着層２０５の膜厚が５０ｎｍを越える場合には、エッチング工程における作業時間が長くなり、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇する。なお、この例において、ｐ保護密着層２０５の膜厚は１５ｎｍである。
【００６３】
また、本実施の形態では、ｐ密着層２０１、ｐ金属反射層２０２、ｐ第１拡散防止層２０３ａおよびｐ第２拡散防止層２０３ｂの周囲（側面も含む）を覆うようにｐ第３拡散防止層２０３ｃが積層され、このｐ第３拡散防止層２０３ｃの周囲（側面も含む）を覆うようにｐボンディング層２０４が積層され、さらに、上記一部の領域を除いてこのｐボンディング層２０４の周囲（側面も含む）を覆うようにｐ保護密着層２０５が積層されている。そして、上記一部の領域を除いて透明導電層１７０および透明絶縁層１８０に対しｐ電極２００の周囲を覆うように、保護層４００が積層されている。
【００６４】
＜ｎ電極＞
図４は、本実施の形態の半導体発光素子１におけるｎ電極３００周辺の断面構成の一例を示す図である。ここで、図４は、図２におけるｎ電極３００周辺の断面を拡大したものとなっている。
【００６５】
ｎ電極３００は、最もｎ型半導体層１４０および透明絶縁層１８０に近い側において、これらｎ型半導体層１４０および透明絶縁層１８０と接するように積層されるｎ密着層３０１と、ｎ密着層３０１に積層されるｎ金属反射層３０２と、ｎ金属反射層３０２に積層されるｎ拡散防止層３０３と、ｎ拡散防止層３０３に積層されるｎボンディング層３０４と、ｎボンディング層３０４に積層され、さらにその上に保護層４００が積層されるｎ保護密着層３０５とを有する。そして、本実施の形態では、ｎ密着層３０１、ｎ金属反射層３０２、ｎ拡散防止層３０３、ｎボンディング層３０４およびｎ保護密着層３０５によって、複数のｎ接続導体３１１を含むｎ導体部３１０とｎパッド部３２０とが一体化した、ｎ電極３００を構成している。
【００６６】
以下、本実施の形態におけるｎ電極３００の各構成を説明する。
［ｎ密着層］
ｎ密着層３０１は、図４に示したように、透明絶縁層１８０の上面、透明絶縁層１８０に設けられた貫通孔の内壁面および各貫通孔を介して露出するｎ型半導体層１４０の上面に沿って積層されている。そして、ｎ密着層３０１の上には、ｎ金属反射層３０２が積層されている。このｎ密着層３０１は、これらｎ型半導体層１４０、透明絶縁層１８０およびｎ金属反射層３０２との密着性が良い材料を用いることが好ましい。
【００６７】
また、本実施の形態の半導体発光素子１では、発光層１５０から出力される光のうち、ｎ電極３００側に入射してきた光を、透明絶縁層１８０およびｎ金属反射層３０２などを介して基板１１０側に反射させることから、ｎ密着層３０１として光透過性に優れた材料を用いることが好ましい。さらにまた、ｎ電極３００からｎ型半導体層１４０に電流を拡散させるために、ｎ密着層３０１として、導電性に優れ、面方向における抵抗分布が少なく、しかもｎ型半導体層１４０との接触抵抗が低く抑えられたものを用いることが好ましい。
【００６８】
これらの点から、ｎ密着層３０１として透明導電膜を用いることが好ましい。この例では、ｎ密着層３０１として、導電性を有し且つ極めて薄く形成された金属からなる透光性金属薄膜を用いている。本実施の形態では、ｎ密着層３０１がチタンで構成されている。ただし、上述したｐ密着層２０１と同様に、金属酸化物からなる透明導電膜を用いてもよい。
【００６９】
このｎ密着層３０１の膜厚は、上述した理由により、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲から選ばれる。ｎ密着層３０１の膜厚が１ｎｍ未満の場合には、ｎ型半導体層１４０との密着性が悪くなり、接触抵抗が高くなる恐れがある。一方、ｎ密着層３０１の膜厚が５０ｎｍを越える場合には、光透過性が低下するとともに、厚さ方向の抵抗（直列抵抗）が高くなるため、得られる半導体発光素子１における順方向電圧Ｖｆの増加を招く。この例において、ｎ密着層３０１の膜厚は例えば２ｎｍである。
【００７０】
［ｎ金属反射層］
ｎ金属反射層３０２は、図４に示したように、ｎ密着層３０１に沿って形成される。したがって、ｎ金属反射層３０２は、透明絶縁層１８０に設けられた貫通孔の形状に沿って屈曲した形状を有している。また、ｎ金属反射層３０２の上には、ｎ拡散防止層３０３が積層されている。
ｎ金属反射層３０２は、発光層１５０から出射され、内部反射等に伴ってｎ型半導体層１４０および透明絶縁層１８０を通過してきた光を、基板１１０側に向けて反射させるために設けられている。また、ｎ金属反射層３０２は、ｎ電極３００の構成要素の１つとなっていることから、自身の抵抗が低く且つｎ密着層３０１との接触抵抗が低く抑えられるものを用いることが好ましい。
【００７１】
本実施の形態のｎ金属反射層３０２は、アルミニウム、ニッケル、ネオジム、銀などの金属および少なくともこれらのうちの１つを含む合金で構成されている。特に、ｎ金属反射層３０２としてアルミニウム合金を用いることは、ｎ密着層３０１を介したｎ型半導体層１４０との接触抵抗を低く抑えられる点で好ましい。
【００７２】
ｎ金属反射層３０２としてアルミニウムあるいはアルミニウム合金を用いた場合、ｎ密着層３０１の材質としては、チタン等の透光性金属薄膜材料を用いることが好ましい。
【００７３】
このｎ金属反射層３０２の膜厚は、好ましくは８０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲から選ばれる。ｎ金属反射層３０２の膜厚が８０ｎｍ未満の場合には、ｎ金属反射層３０２による光反射率が低下する。また、ｎ金属反射層３０２の膜厚が２００ｎｍを超える場合には、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇してしまう。なお、この例において、ｎ金属反射層３０２の膜厚は１００ｎｍである。
【００７４】
［ｎ拡散防止層］
ｎ拡散防止層３０３は、図４に示したように、ｎ金属反射層３０２の上に積層され、且つ、その上にはｎボンディング層３０４が積層される。なお、ｎ拡散防止層３０３は、透明絶縁層１８０に形成された貫通孔の形状に倣って、凹凸を有している。
ｎ拡散防止層３０３は、接触状態にあるｎ金属反射層３０２を構成する金属（この例ではアルミニウム合金）、および、接触状態にあるｎボンディング層３０４を構成する金属（この例では金（詳細は後述））の拡散を、それぞれ抑制するために設けられている。ここで、本実施の形態では、ｎ拡散防止層３０３を介してｎ金属反射層３０２とｎボンディング層３０４とを配置することにより、これらｎ金属反射層３０２およびｎボンディング層３０４が直接には接触しない構造となっている。また、ｎ拡散防止層３０３は、ｎ電極３００の構成要素の１つとなっていることから、自身の抵抗が低く且つｎ金属反射層３０２およびｎボンディング層３０４との接触抵抗がそれぞれ低く抑えられるものを用いることが好ましい。なお、ｎ拡散防止層３０３は、発光層１５０からの光を透過させる機能を基本的に必要としないので、上述したｎ密着層３０１とは異なり、光透過性を有している必要はない。
【００７５】
本実施の形態におけるｎ拡散防止層３０３は、ｎ金属反射層３０２に積層されるｎ第１拡散防止層３０３ａと、ｎ第１拡散防止層３０３ａに積層されるｎ第２拡散防止層３０３ｂと、ｎ第２拡散防止層３０３ｂに積層され、さらにその上にｎボンディング層３０４が積層されるｎ第３拡散防止層３０３ｃとを備える。
【００７６】
そして、本実施の形態では、ｎ第１拡散防止層３０３ａおよびｐ第１拡散防止層２０３ａ、ｎ第２拡散防止層３０３ｂおよびｐ第２拡散防止層２０３ｂ、そしてｎ第３拡散防止層３０３ｃおよびｐ第３拡散防止層２０３ｃが、それぞれ、同一材料且つ同一厚さで構成されている。
【００７７】
ここで、ｎ第１拡散防止層３０３ａおよびｎ第２拡散防止層３０３ｂは、上述したｎ金属反射層３０２を構成する金属（この例ではアルミニウム合金）の拡散を抑制するだけでなく、ｎ第３拡散防止層３０３ｃを構成する金属（この例では白金）の拡散を抑制する機能も有している。また、ｎ第３拡散防止層３０３ｃは、上述したｎボンディング層３０４を構成する金属（この例では金）の拡散を抑制するだけでなく、ｎ第２拡散防止層３０３ｂを構成する金属（この例ではチタン）の拡散を抑制する機能も有している。
【００７８】
［ｎボンディング層］
ｎボンディング層３０４は、図４に示したように、ｎ拡散防止層３０３の上に積層され、且つ、その上には最終的に外部に露出させる一部の領域を除いてｎ保護密着層３０５が積層される。なお、ｎボンディング層３０４は、透明絶縁層１８０に形成された貫通孔に倣って、凹凸を有している。
ｎボンディング層３０４は、外部と電気的に接続されることによりｎ電極３００に給電を行うために設けられている。ここで、本実施の形態では、ｎ拡散防止層３０３を介してｎ金属反射層３０２とｎボンディング層３０４とを配置することにより、これらｎ金属反射層３０２とｎボンディング層３０４が直接には接触しない構造となっている。また、ｎボンディング層３０４は、ｎ電極３００の構成要素の１つとなっていることから、自身の抵抗が低く且つｎ拡散防止層３０３との接触抵抗がそれぞれ低く抑えられるものを用いることが好ましい。なお、ｎボンディング層３０４は、ｎ拡散防止層３０３と同様、発光層１５０からの光を透過させる機能を基本的に必要としないので、光透過性を有している必要はない。
【００７９】
そして、本実施の形態では、ｎボンディング層３０４およびｐボンディング層２０４が、同一材料且つ同一厚さで構成されている。
【００８０】
［ｎ保護密着層］
ｎ保護密着層３０５は、図４に示したように、ｎボンディング層３０４のうち最終的に外部に露出させる一部の領域を除く部位に積層され、且つ、その上には保護層４００が積層される。このｎ保護密着層３０５は、これら２つの層を構成する材料の物理的な密着性を高めるために設けられている。
【００８１】
そして、本実施の形態では、ｎ保護密着層３０５およびｐ保護密着層２０５が、同一材料且つ同一厚さで構成されている。
【００８２】
また、本実施の形態では、ｎ密着層３０１、ｎ金属反射層３０２、ｎ第１拡散防止層３０３ａおよびｎ第２拡散防止層３０３ｂの周囲（側面も含む）を覆うようにｎ第３拡散防止層３０３ｃが積層され、このｎ第３拡散防止層３０３ｃの周囲（側面も含む）を覆うようにｎボンディング層３０４が積層され、さらに、上記一部の領域を除いてこのｎボンディング層３０４の周囲（側面も含む）を覆うようにｎ保護密着層３０５が積層されている。そして、上記一部の領域を除いてｎ型半導体層１４０および透明絶縁層１８０に対しｎ電極３００の周囲を覆うように、保護層４００が積層されている。
【００８３】
なお、本実施の形態では、ｐ拡散防止層２０３およびｎ拡散防止層３０３を、それぞれ３層構成としていたが、これらの構成層数については、適宜設計変更して差し支えない。
また、本実施の形態では、後述するようにｐ電極２００の露出部は、はんだ３５（図６参照）（Ａｕメッキバンプとも言う。例えば、Ａｕスズはんだが用いられる。）を介してｐリード部３２（図５参照）と接続される。また、ｎ電極３００の露出部は、はんだ３５（Ａｕメッキバンプ）を介してｎリード部３３（図５参照）と接続される。
これにより、半導体発光素子１は、ｐリード部３２およびｎリード部３３と電気的に接続され、且つ、ｐリード部３２およびｎリード部３３を介して筐体３１（図５参照）に対し機械的に固定されている。このような半導体発光素子１の接続手法は、一般にフリップチップ接続と呼ばれる。フリップチップ接続においては、半導体発光素子１の基板１１０側が、発光層１５０よりもリードフレーム（ｐリード部３２、ｎリード部３３）から遠い側に配置されることになる。
【００８４】
（半導体発光素子の製造方法）
続いて、上述した半導体発光素子１の製造方法の一例について説明する。
図１および図２等に示す半導体発光素子１の製造にあたっては、まず、基板１１０の一方の面に、中間層１２０、下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１６０および透明導電層１７０を、公知の成膜方法にて順次積層する。続いて、積層された透明導電層１７０、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０に対し、一部領域（この例では上方からみたときの四隅のうちの１つの領域）を公知のリソグラフィー方法および公知のエッチング方法により除去することで、ｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃを露出させる。それから、透明導電層１７０の上やｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃの上などを覆うように、公知の成膜方法により透明絶縁層１８０を積層した後、公知のリソグラフィー方法および公知のエッチング方法により、透明絶縁層１８０に複数の貫通孔を形成する。
【００８５】
そして、透明導電層１７０上の透明絶縁層１８０の上にｐ電極２００を形成するとともに、ｎ型半導体層１４０上にｎ電極３００を形成する。ここで、ｐ電極２００の形成においては、まず、透明絶縁層１８０に形成された複数の貫通孔を介して外部に露出する透明導電層１７０および透明絶縁層１８０の上に、公知の成膜手法にてｐ密着層２０１を積層した後、さらに、ｐ金属反射層２０２、ｐ拡散防止層２０３（ｐ第１拡散防止層２０３ａ、ｐ第２拡散防止層２０３ｂおよびｐ第３拡散防止層２０３ｃ）、ｐボンディング層２０４およびｐ保護密着層２０５を、公知の成膜手法にて積層する。一方、ｎ電極３００の形成においては、まず、透明絶縁層１８０に形成された複数の貫通孔を介して外部に露出するｎ型半導体層１４０および透明絶縁層１８０の上に、公知の成膜手法にてｎ密着層３０１を積層した後、さらに、ｎ金属反射層３０２、ｎ拡散防止層３０３（ｎ第１拡散防止層３０３ａ、ｎ第２拡散防止層３０３ｂおよびｎ第３拡散防止層３０３ｃ）、ｎボンディング層３０４およびｎ保護密着層３０５を、公知の成膜手法にて積層する。なお、本実施の形態では、ｐ電極２００におけるｐ拡散防止層２０３、ｐボンディング層２０４およびｐ保護密着層２０５と、ｎ電極３００におけるｎ拡散防止層３０３、ｎボンディング層３０４およびｎ保護密着層３０５とが、それぞれ同じ構成を有している。このため、ｐ電極２００を構成するｐ密着層２０１およびｐ金属反射層２０２の積層と、ｎ電極３００を構成するｎ密着層３０１およびｎ金属反射層３０２の積層とを別工程で行った後、ｐ拡散防止層２０３およびｎ拡散防止層３０３の積層と、ｐボンディング層２０４およびｎボンディング層３０４の積層と、ｐ保護密着層２０５およびｎ保護密着層３０５の積層とを、それぞれ同一工程で行うことができる。
【００８６】
その後、ｐ電極２００およびｎ電極３００を含む半導体発光素子１の上面を覆うように、公知の成膜方法を用いて保護層４００を積層する。それから、ｐ電極２００上に位置する保護層４００のほぼ中央部およびその直下に位置するｐ保護密着層２０５と、ｎ電極３００上に位置する保護層４００のほぼ中央部およびその直下に位置するｎ保護密着層３０５とを、公知のリソグラフィー技術および公知のエッチング手法を用いて除去することで、ｐ電極２００におけるｐボンディング層２０４の一部領域を外部に露出させ、ｎ電極３００におけるｎボンディング層３０４の一部領域を外部に露出させる。
以上により、半導体発光素子１が得られる。
【００８７】
図５は、上述した半導体発光素子１を搭載した発光装置３０の構成の一例を示す図である。ここで、図５（ａ）は発光装置３０の上面図を示しており、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ断面図である。なお、図５に示す発光装置３０は、「発光チップ」あるいは「ランプ」と呼ばれることもある。
【００８８】
この発光装置３０は、一方の側に凹部３１ａが形成された筐体３１と、筐体３１に形成されたリードフレームからなるｐリード部３２およびｎリード部３３と、凹部３１ａの底面に取り付けられた半導体発光素子１と、凹部３１ａを覆うように設けられた封止部３４とを備えている。なお、図５（ａ）においては、封止部３４の記載を省略している。
【００８９】
筐体３１は、ｐリード部３２およびｎリード部３３を含む金属リード部に、白色の熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。
【００９０】
ｐリード部３２およびｎリード部３３は、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚みをもつ金属板であり、加工性、熱伝導性に優れた金属として例えば鉄／銅合金をベースとし、その上にめっき層としてニッケル、チタン、金、銀などを数μｍ積層して構成されている。そして、本実施の形態では、ｐリード部３２およびｎリード部３３の一部が、凹部３１ａの底面に露出するようになっている。また、ｐリード部３２およびｎリード部３３の一端部側は筐体３１の外側に露出し、且つ、筐体３１の外壁面から裏面側に折り曲げられている。
【００９１】
また、半導体発光素子１は、凹部３１ａに、ｐリード部３２とｎリード部３３とに跨って取り付けられている。なお、ｐリード部３２およびｎリード部３３に対する半導体発光素子１の取り付け手法の詳細については後述する。
【００９２】
そして、封止部３４は、可視領域の波長において光透過率が高く、また屈折率が高い透明樹脂にて構成される。封止部３４を構成する耐熱性、耐候性、及び機械的強度が高い特性を満たす樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂を用いることができる。そして、本実施の形態では、封止部３４を構成する透明樹脂に、半導体発光素子１から出射される光の一部を、緑色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させている。なお、このような蛍光体に代えて、青色光の一部を黄色光に変換する蛍光体、あるいは、青色光の一部を黄色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させるようにしてもよい。
【００９３】
なお、本実施の形態の発光装置３０を組み込んだバックライト、携帯電話機、ディスプレイ、各種パネル類、コンピュータ、ゲーム機、照明などの電子機器や、それらの電子機器を組み込んだ自動車などの機械装置は、優れた発光特性を有する半導体発光素子１を備えたものとなる。特に、バックライト、携帯電話機、ディスプレイ、ゲーム機、照明などのバッテリ駆動させる電子機器において、優れた発光特性を有する半導体発光素子１を具備した優れた製品を提供することができ、好ましい。また、半導体発光素子１を備えた発光装置３０の構成は、図５に示すものに限られるわけではなく、例えば砲弾型と呼ばれるパッケージ構成を採用したものであってもよい。
【００９４】
図６は、図５に示す発光装置３０における半導体発光素子１の実装状態の一例を示す図である。ただし、図６においては、発光装置３０に設けられる筐体３１および封止部３４の記載を省略している。
【００９５】
本実施の形態では、図２に示す半導体発光素子１の上下を反転させることで、半導体発光素子１に設けられたｐ電極２００における露出部をｐリード部３２に対向させ、且つ、半導体発光素子１に設けられたｎ電極３００における露出部をｎリード部３３に対向させている。そして、ｐリード部３２とｐ電極２００における露出部とをはんだ３５にて接続し、且つ、ｎリード部３３とｎ電極３００における露出部とをはんだ３５にて接続している。これにより、半導体発光素子１は、ｐリード部３２およびｎリード部３３と電気的に接続され、且つ、ｐリード部３２およびｎリード部３３を介して筐体３１（図５参照）に対し機械的に固定されている。このような半導体発光素子１の接続手法は、一般にフリップチップ接続と呼ばれる。フリップチップ接続においては、半導体発光素子１の基板１１０側が、発光層１５０よりも遠い側に配置されることになる。
【００９６】
では、図５に示す発光装置３０による発光動作を、図１〜図６を参照しつつ説明する。
発光装置３０に設けられたｐリード部３２およびｎリード部３３を介して、半導体発光素子１にｐリード部３２からｎリード部３３に向かう電流を流すと、半導体発光素子１では、ｐ電極２００から透明導電層１７０、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０、ｎ型半導体層１４０を介してｎ電極３００に向かう電流が流れる。その結果、発光層１５０が例えば青色の光を出力する。このとき、発光層１５０から出力される光は、主として、基板１１０側と、ｐ電極２００側とに向かう。
【００９７】
ここで、本実施の形態では、半導体発光素子１に透明絶縁層１８０が設けられているが、透明絶縁層１８０に設けられた複数の貫通孔を介して、ｐ電極２００（より具体的には複数のｐ接続導体２１１）と透明導電層１７０とが導通し、且つ、ｎ電極３００（より具体的には複数のｎ接続導体３１１）とｎ型半導体層１４０とが導通することで、発光層１５０に対する給電が行われる。
【００９８】
続いて、半導体発光素子１における、発光層１５０から出力された光の挙動について説明する。
発光層１５０から出射される光のうち基板１１０側に向かう光の大部分は、ｎ型半導体層１４０、下地層１３０、中間層１２０および基板１１０を通過し、半導体発光素子１の外部（図６における上方）に出射される。しかしながら、基板１１０側に向かう光の一部は、例えば中間層１２０と基板１１０との境界部において中間層１２０および基板１１０の屈折率差によって反射し、発光層１５０側に戻ってくる。
【００９９】
また、発光層１５０から出射される光のうち基板１１０とは反対側に向かう光および基板１１０側から戻ってきた光の一部は、ｐ型半導体層１６０を介して、透明導電層１７０との境界部に到達する。そして、この境界部に到達した光の一部は、ｐ型半導体層１６０および透明導電層１７０の屈折率差によって反射し、ｐ型半導体層１６０側へと向かう。また、ｐ型半導体層１６０と透明導電層１７０との境界部を通過した光は、透明導電層１７０を介して、ｐ電極２００が設けられている側の透明絶縁層１８０との境界部（透明絶縁層１８０のうち貫通孔が形成されていない部位）に到達する。そして、この境界部に到達した光の一部は、透明導電層１７０および透明絶縁層１８０の屈折率差によって反射し、透明導電層１７０を介してｐ型半導体層１６０側へと向かう。さらにまた、透明導電層１７０と透明絶縁層１８０との境界部を通過した光は、透明絶縁層１８０を介してｐ電極２００との境界部に到達する。そして、この境界部に到達した光は、ｐ電極２００に設けられたｐ金属反射層２０２（図３参照）によって反射し、透明絶縁層１８０および透明導電層１７０を介してｐ型半導体層１６０側へと向かう。
【０１００】
一方、発光層１５０から出射される光のうち基板１１０とは反対側に向かう光および基板１１０側から戻ってきた光の一部は、ｐ型半導体層１６０および透明導電層１７０を介して、ｐ電極２００との境界部（透明絶縁層１８０に貫通孔が形成されている部位）に到達する。そして、この境界部に到達した光は、ｐ電極２００に設けられたｐ金属反射層２０２によって反射し、透明導電層１７０を介してｐ型半導体層１６０側へと向かう。
【０１０１】
このようにしてｐ電極２００側で反射した光は、発光層１５０、ｎ型半導体層１４０、下地層１３０、中間層１２０および基板１１０をさらに通過し、半導体発光素子１の外部（図６における上方）に出射される。
【０１０２】
これに対し、基板１１０側から戻ってきた光の一部は、ｎ型半導体層１４０を介して、ｎ電極３００が設けられている側の透明絶縁層１８０との境界部（透明絶縁層１８０のうち貫通孔が形成されていない部位）に到達する。そして、この境界部に到達した光の一部は、ｎ型半導体層１４０および透明絶縁層１８０の屈折率差によって反射し、ｎ型半導体層１４０を介して下地層１３０側へと向かう。また、ｎ型半導体層１４０と透明絶縁層１８０との境界部を通過した光は、透明絶縁層１８０を介してｎ電極３００との境界部に到達する。そして、この境界部に到達した光は、ｎ電極３００に設けられたｎ金属反射層３０２によって反射し、透明絶縁層１８０およびｎ型半導体層１４０を介して下地層１３０側へと向かう。
【０１０３】
一方、基板１１０側から戻ってきた光の一部は、ｎ型半導体層１４０を介して、ｎ電極３００との境界部（透明絶縁層１８０に貫通孔が形成されている部位）に到達する。そして、この境界部に到達した光は、ｎ電極３００に設けられたｎ金属反射層３０２によって反射し、ｎ型半導体層１４０を介して下地層１３０側へと向かう。
【０１０４】
このようにしてｎ電極３００側で反射した光は、中間層１２０および基板１１０をさらに通過し、半導体発光素子１の外部（図６における上方）に出射される。
【０１０５】
その後、半導体発光素子１から出力された光（青色光）は、封止部３４内すなわち凹部３１ａ内を進行し、直接あるいは凹部の３１ａの内壁（底面や壁面）で反射した後に、封止部３４の上部側に設けられた出射面から外部に出射される。但し、出射面に向かう光の一部は、出射面で反射し、再び封止部３４内を進行する。この間、封止部３４内において、青色光の一部は蛍光体によって緑色光および赤色光に変換され、変換された緑色光および赤色光は、直接あるいは底面や壁面で反射した後、青色光と共に出射面から外部に出射される。したがって、発光装置３０からは、青色光、緑色光および赤色光を含む白色光が出射されることになる。
【０１０６】
本実施の形態では、半導体発光素子１に、透明絶縁層１８０と隣接する他の層（ｐ電極２００においては透明導電層１７０、ｎ電極３００においてはｎ型半導体層１４０）との屈折率差を利用した光の反射構造を設けるとともに、透明絶縁層１８０の上にさらに金属反射層（ｐ電極２００においてはｐ金属反射層２０２、ｎ電極３００においてはｎ金属反射層３０２）を設けるようにした。これにより、半導体発光素子１をフリップチップ実装した場合に、目的とする光の取り出し方向（発光層１５０から基板１１０側に向かう方向）と反対側に出力される光を、より多く基板１１０側に向けて反射させることが可能となり、結果として、半導体発光素子１からの光の取り出し効率を向上させることができる。
【０１０７】
続いて、透明導電層１７０の膜厚である第１膜厚ｔ１を上述した式（２）の範囲とし、透明絶縁層１８０の膜厚である第２膜厚ｔ２を上述した式（４）の範囲とする理由について説明する。
【０１０８】
図７は、透明導電層１７０の第１膜厚ｔ１および透明絶縁層１８０の第２膜厚ｔ２を変化させた場合における、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏを測定した結果を表した図である。図７のグラフでは、縦軸は、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏ（ｍＷ）を表し、横軸は、透明絶縁層１８０の第２膜厚ｔ２（ｎｍ）を表している。そして、図７のグラフは、透明導電層１７０の第１膜厚ｔ１（ｎｍ）が２Ｑ１、３Ｑ１、４Ｑ１、５Ｑ１であるそれぞれの場合について、第２膜厚ｔ２を変化させた場合の半導体発光素子１の光の出力Ｐｏを表している。
なお、図７（ａ）は、半導体発光素子１に２０ｍＡの電流を供給した場合の光の出力Ｐｏを表し、図７（ｂ）は、半導体発光素子１に８０ｍＡの電流を供給した場合の光の出力Ｐｏを表している。
【０１０９】
本測定では、上段で説明した、ｐ型半導体層１６０上に透明導電層１７０、透明絶縁層１８０およびｐ金属反射層２０２が積層された積層構造を備える半導体発光素子１、および、この積層構造における透明絶縁層１８０を備えていない（第２膜厚ｔ２＝０Ｑ２）半導体発光素子１を用いた。
【０１１０】
本測定に使用した半導体発光素子１の発光層１５０から出射される発光波長λは、４５０ｎｍである。
また、半導体発光素子１の透明導電層１７０としては、ＩＺＯを用いている。波長４５０ｎｍの光に対するＩＺＯの屈折率は、第１屈折率ｎ１＝２．１である。したがって、Ｑ１＝５３ｎｍであり、本測定においては、透明導電層１７０の第１膜厚ｔ１を、２Ｑ１≒１００ｎｍ、３Ｑ１≒１５０ｎｍ、４Ｑ１≒２００ｎｍ、５Ｑ１≒２５０ｎｍとしている。
さらに、半導体発光素子１の透明絶縁層１８０としては、ＳｉＯ２を用いている。波長４５０ｎｍの光に対するＳｉＯ２の屈折率は、第２屈折率ｎ２＝１．４５である。したがって、Ｑ２＝７７ｎｍであり、本測定においては、透明絶縁層１８０の第２膜厚ｔ２を、２Ｑ２≒１５２ｎｍ、３Ｑ２≒２２８ｎｍ、４Ｑ２≒３０４ｎｍ、５Ｑ２≒３８０ｎｍ、６Ｑ２≒４５６ｎｍ、７Ｑ２≒５３２ｎｍとしている。
【０１１１】
続いて、測定結果について説明する。
まず、半導体発光素子１が透明絶縁層１８０を備えない場合（第２膜厚ｔ２＝０Ｑ２）と、半導体発光素子１が透明絶縁層１８０を備える場合（第２膜厚ｔ２＝２Ｑ２〜７Ｑ２）とを比較する。
図７（ａ）および（ｂ）に示されるように、半導体発光素子１が透明絶縁層１８０を備えない場合と比較して、半導体発光素子１が透明絶縁層１８０を備える場合の方が、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏが増加している。
したがって、半導体発光素子１が、ｐ型半導体層１６０上に透明導電層１７０、透明絶縁層１８０およびｐ金属反射層２０２が積層された積層構造を備えることで、この積層構造を有さない場合と比較して、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏが増加することが分かった。
【０１１２】
次に、半導体発光素子１が透明絶縁層１８０を備える場合において、透明絶縁層１８０の第２膜厚ｔ２を変化させた場合について検討する。
なお、以下では、第２膜厚ｔ２がＱ２の正の偶数倍であることを第２膜厚ｔ２が偶数Ｑ２であるといい、第２膜厚ｔ２がＱ２の正の奇数倍であることを第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２であるということがある。同様に、第１膜厚ｔ１がＱ１の正の偶数倍であることを第１膜厚ｔ１が偶数Ｑ１であるといい、第１膜厚ｔ１がＱ１の正の奇数倍であることを第１膜厚ｔ１が奇数Ｑ１であるということがある。
【０１１３】
図７（ａ）および（ｂ）に示されるように、透明絶縁層１８０の第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２である場合（ｔ２＝３Ｑ２、５Ｑ２、７Ｑ２…）に、第２膜厚ｔ２が偶数Ｑ２である場合（ｔ２＝２Ｑ２、４Ｑ２、６Ｑ２…）と比較して、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏが上昇していることが分かる。
【０１１４】
これは以下の理由によるものと考えられる。
第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２である場合には、ｐ型半導体層１６０側から入射し、透明導電層１７０および透明絶縁層１８０の界面において反射した反射光と、透明絶縁層１８０およびｐ金属反射層２０２の界面において反射した反射光とが、互いに強め合う。これにより、第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２である場合には、結果として半導体発光素子１の光の出力Ｐｏを増加させるものと考えられる。
一方、第２膜厚ｔ２が偶数Ｑ２である場合には、これらの光が互いに弱め合うことから、第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２である場合と比較して、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏが低下するものと考えられる。
【０１１５】
以上より、半導体発光素子１が、ｐ型半導体層１６０上に透明導電層１７０、透明絶縁層１８０およびｐ金属反射層２０２が積層された積層構造を備える場合においては、透明絶縁層１８０の第２膜厚ｔ２を奇数Ｑ２とすることで、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏを向上させることが可能になる。
【０１１６】
続いて、半導体発光素子１が透明絶縁層１８０を備え、且つ、透明絶縁層１８０の第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２である場合において、透明導電層１７０の第１膜厚ｔ１を変化させた場合について検討する。
図７（ａ）および（ｂ）に示されるように、第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２である場合において、透明導電層１７０の第１膜厚ｔ１が偶数Ｑ１である場合（ｔ１＝２Ｑ１、４Ｑ１…）に、第１膜厚ｔ１が奇数Ｑ１である場合（ｔ１＝３Ｑ１、５Ｑ１…）と比較して、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏが上昇していることが分かる。
【０１１７】
これは以下の理由によるものと考えられる。
第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２であり、且つ、第１膜厚ｔ１が偶数Ｑ１である場合には、上述したように、透明導電層１７０および透明絶縁層１８０の界面において反射した反射光と、透明絶縁層１８０およびｐ金属反射層２０２の界面において反射した反射光とが強め合うのに加えて、これらの光とｐ型半導体層１６０および透明導電層１７０の界面において反射した反射光とが互いに強め合うことになる。したがって、第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２であり、且つ、第１膜厚ｔ１が偶数Ｑ１である場合には、結果として半導体発光素子１の光の出力Ｐｏが増加するものと考えられる。
【０１１８】
一方、第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２であり、且つ、第１膜厚ｔ１が奇数Ｑ１である場合には、透明導電層１７０および透明絶縁層１８０の界面において反射した反射光と、透明絶縁層１８０およびｐ金属反射層２０２の界面において反射した反射光とが強め合う一方で、これらの光とｐ型半導体層１６０および透明導電層１７０の界面において反射した反射光とが互いに弱め合うことになる。
したがって、第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２であり、且つ、第１膜厚ｔ１が奇数Ｑ１である場合には、第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２であり、且つ、第１膜厚ｔ１が偶数Ｑ１である場合と比較して、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏが低下するものと考えられる。
【０１１９】
以上より、ｐ型半導体層１６０上に、透明導電層１７０、透明絶縁層１８０およびｐ金属反射層２０２が積層された積層構造を有する場合に、透明絶縁層１８０の第２膜厚ｔ２を奇数Ｑ２とし、且つ、透明導電層１７０の第１膜厚ｔ１を偶数Ｑ１とすることで、本構成を有さない場合と比較して、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏを向上させることが可能になる。
【０１２０】
ここで、本実施の形態において、第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２である範囲とは、図７（ａ）および（ｂ）において半導体発光素子１の光の出力Ｐｏが増加している第２膜厚ｔ２の範囲、すなわち、図７（ａ）および（ｂ）において、グラフが上に凸になっている第２膜厚ｔ２の範囲をいう。したがって、本実施の形態において、第２膜厚ｔ２が奇数Ｑ２であるとは、第２膜厚ｔ２が上記式（４）の範囲内にあることをいう。
さらに、図７（ａ）および（ｂ）の結果から、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏがより増加している点で、第２膜厚ｔ２が（Ｂ−０．４）×Ｑ２≦  ｔ２  ≦（Ｂ＋０．４）×Ｑ２の関係を有していることが好ましく、また（Ｂ−０．３）×Ｑ２≦  ｔ２  ≦（Ｂ＋０．３）×Ｑ２の関係を有していることがより好ましい。
【０１２１】
同様に、本実施の形態において、第１膜厚ｔ１が偶数Ｑ１であるとは、第１膜厚ｔ１が上記式（２）の範囲内にあることをいう。
さらに、第１膜厚ｔ１が（Ａ−０．４）×Ｑ１≦  ｔ１  ≦（Ａ＋０．４）×Ｑ１の関係を有していることが好ましく、また（Ａ−０．３）×Ｑ１≦  ｔ１  ≦（Ａ＋０．３）×Ｑ１の関係を有していることがより好ましい。
【０１２２】
さらに同様に、ｐ密着層２０１が透明導電層１７０と同一の材料から構成される場合には、第１膜厚ｔ１およびｐ密着層２０１の膜厚である第３膜厚ｔ３の総和は、上記式（５）の範囲で設定されることが好ましい。さらに、第１膜厚ｔ１および第３膜厚ｔ３の総和は、（Ａ−０．４）×Ｑ１≦（ｔ１＋ｔ３）≦（Ａ＋０．４）×Ｑ１の関係を有していることがより好ましく、また（Ａ−０．３）×Ｑ１≦（ｔ１＋ｔ３）≦（Ａ＋０．３）×Ｑ１の関係を有していることがより望ましい。
【０１２３】
また、本実施の形態において、透明導電層１７０としてＩＺＯの他に、ＩＺＯの屈折率に近い、Ｉｎを含む導電性の酸化物、特にＩＴＯも同様に使用することができる。
また、本実施の形態において、透明絶縁層１８０として、二酸化ケイ素の屈折率に近いＭｇＦ2、ＣａＦ2、Ａｌ2Ｏ3を同様に使用することができる。
【０１２４】
以上より、透明導電層１７０の第１膜厚ｔ１を上記式（２）の範囲とし、且つ、透明絶縁層１８０の第２膜厚ｔ２を上記式（４）の範囲とすることで、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏが増加し、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることが可能になる。
換言すれば、本発明では、透明導電層１７０の膜厚を第１膜厚ｔ１、透明絶縁層１８０の膜厚を第２膜厚ｔ２、第１屈折率をｎ１、第２屈折率をｎ２、発光層１５０から出射される光の波長をλとし、Ａを正の偶数、Ｂを正の奇数とした場合に、第１膜厚ｔ１が、（λ／４ｎ１）×（Ａ−０．５）≦  ｔ１  ≦（λ／４ｎ１）×（Ａ＋０．５）の関係を有し、第２膜厚ｔ２が、（λ／４ｎ２）×（Ｂ−０．５）≦  ｔ２  ≦（λ／４ｎ２）×（Ｂ＋０．５）の関係を有することで、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させる方法を提供することができる。
【０１２５】
なお、本実施の形態では、透明導電層１７０上およびｎ型半導体層１４０上の双方に、複数の貫通孔を形成した透明絶縁層１８０を設けていたが、これに限られるものではなく、透明絶縁層１８０は、少なくとも透明導電層１７０上に設けられていれば良い。
【０１２６】
また、本実施の形態では、透明導電層１７０およびｎ型半導体層１４０の上に積層される透明絶縁層１８０において、上方から見た場合にそれぞれが円形状を有するように複数の貫通孔を形成した（図１参照）が、貫通孔の形状はこれに限られない。例えば、上方から見た形状が多角形や楕円形状等であってもよい。
さらに、本実施の形態では、透明絶縁層１８０に設けられる複数の貫通孔は、透明導電層１７０に近づくにつれてその直径が減少する所謂テーパ状の断面を有するように形成したが、これに限られるものではない。例えば、貫通孔の形状は、透明絶縁層１８０の厚さ方向によってその直径が変化しない、円柱形状や多角柱形状等であってもよい。
【０１２７】
さらにまた、本実施の形態においては、透明絶縁層１８０に複数の貫通孔を設け、複数の貫通孔を介して、ｐ電極２００（より具体的には複数のｐ接続導体２１１）と透明導電層１７０とが導通し、且つ、ｎ電極３００（より具体的には複数のｎ接続導体３１１）とｎ型半導体層１４０とが導通することで、発光層１５０に対して給電を行っていた。しかし、発光層１５０に対して給電を行うことができる形態であれば、透明絶縁層１８０に複数の貫通孔を設けなくても良い。例えば、透明導電層１７０およびｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃ上に、複数の柱状の透明絶縁層１８０を形成し、柱状の透明絶縁層１８０が形成されていない透明導電層１７０およびｎ型半導体層１４０を介して給電を行っても良い。
【０１２８】
また、本実施の形態では、フリップチップ接続される半導体発光素子１について説明したが、発光層１５０に対して、透明導電層１７０および透明絶縁層１８０が形成される側とは反対側に光を取り出す態様であれば、フリップチップ実装に限られず、他の実装方法を用いてもよい。
【０１２９】
さらにまた、本実施の形態においては、積層半導体層１００としてＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を有する半導体発光素子１を例として挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限られない。本発明は、例えば、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体やＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等、あらゆる化合物半導体に対して適用することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１…半導体発光素子、１００…積層半導体層、１１０…基板、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１７０…透明導電層、１８０…透明絶縁層、２００…ｐ電極、２０１…ｐ密着層、２０２…ｐ金属反射層、２０３…ｐ拡散防止層、２０４…ｐボンディング層、２０５…ｐ保護密着層、２１０…ｐ導体部、２１１…ｐ接続導体、２２０…ｐパッド部、３００…ｎ電極、３０１…ｎ密着層、３０２…ｎ金属反射層、３０３…ｎ拡散防止層、３０４…ｎボンディング層、３０５…ｎ保護密着層、３１０…ｎ導体部、３１１…ｎ接続導体、３２０…ｎパッド部、４００…保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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